專利名稱：礬土基電熔高純尖晶石及其制備方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于以成分為特征的陶瓷成型制品制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到熔鑄法制備的礬土基電熔高純尖晶石材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著連鑄和爐外精煉技術(shù)的發(fā)展，部分精煉過程從煉鋼爐轉(zhuǎn)移到鋼包中進(jìn)行。鋼包不僅是儲(chǔ)存鋼液的高溫容器，還要在真空中進(jìn)行鋼液精煉，成為具有特色的冶金設(shè)備。由于鋼液溫度提高，鋼液在包內(nèi)停留時(shí)間的延長(zhǎng)，加上精煉過程的攪拌作用和爐渣的侵蝕，使鋼包內(nèi)襯的使用條件惡化，壽命下降。目前鋼包內(nèi)襯材料主要是尖晶石。中國(guó)有豐富的天然高鋁礬土和菱鎂礦資源，如果以高鋁礬土熟料，輕燒鎂砂為原料，經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓に?，將其轉(zhuǎn)化為電熔高純尖晶石合成料，替代氧化鋁基尖晶石合成料用于制備高溫功能制品和澆注料等，可取得很好的使用效果。這樣不僅可充分利用中國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)發(fā)展高附加值產(chǎn)品，還可對(duì)高溫工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。
專利號(hào)為ZL88106918.3的“合成鎂鋁尖晶石的方法”專利，采用天然原料，以特級(jí)高鋁礬土生料和輕燒氧化鎂為原料，高溫?zé)?。其原料需采用資源緊缺的特級(jí)高鋁礬土，燒結(jié)工藝無法有效去除高鋁礬土中的雜質(zhì)，且燒成后的合成料致密度較電熔合成料差。
申請(qǐng)?zhí)枮?00510018154.4的“一種鎂鋁尖晶石耐火原料及其生產(chǎn)方法”專利申請(qǐng)，采用γ-Al2O3(純氧化物)為原料和輕燒氧化鎂為原料，高溫?zé)?。其原料需采用純氧化物，且燒成后的合成料致密度較電熔合成料差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用廉價(jià)的天然高鋁礬土、輕燒鎂砂為原料制備的SiO2含量低于1％的高性能、高附加值的、價(jià)格低廉的優(yōu)質(zhì)合成原料熔高純尖晶石合成料，同時(shí)提供該材料的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為礬土基電熔高純尖晶石，主要成分為Al2O365.5-76.5％，MgO21-32％，SiO2＜1％，其他為雜質(zhì)，主晶相為尖晶石。
上述礬土基電熔高純尖晶石的制備方法，以高鋁礬土，輕燒鎂砂、焦炭粒和鐵屑為原料，采用電熔還原制備工藝，具體步驟是a.將高鋁礬土、焦炭粒、鐵屑按質(zhì)量比100∶8-12∶10-12的配比混合均勻，加入到電弧爐中，電壓控制在100-150V，在2000-2200℃高溫熔融狀態(tài)下埋弧還原，脫除礬土中的二氧化硅、二氧化鈦和雜質(zhì)，使剛玉熔液中Al2O3含量大于98％，b.保持電弧爐電壓95-115V，按高鋁礬土與輕燒鎂砂質(zhì)量比20-35的比例逐漸加入上述剛玉熔液，在2200-2400℃高溫熔融狀態(tài)下還原熔煉，使熔液中Al2O3+MgO含量大于97.5％，c.保持電弧爐95-115V電壓和2200-2400℃的高溫氧化狀態(tài)，精練60-100分鐘，冷卻，即得產(chǎn)物。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.本發(fā)明以廉價(jià)易得的天然高鋁礬土、輕燒鎂砂代替工業(yè)氧化鋁、高純鎂砂制備一種高性能、高附加值的價(jià)格低廉的優(yōu)質(zhì)合成原料。
2.用本發(fā)明制備的電熔高純尖晶石具有良好的特性，其化學(xué)成分為Al2O3+MgO＞97.5％，MgO 21-32％，SiO2＜1％，主晶相為尖晶石，體積密度大于3.4％，顯氣孔率小于5％?？纱嫜趸X基高純尖晶石原料主要用于鋼鐵工業(yè)的鋼包澆注料等高溫功能材料。
具體實(shí)施例方式以高鋁礬土，輕燒鎂砂、焦炭?；蚴丸F屑為原料，采用一步還原熔煉，一步氧化熔煉和精煉的工藝，制備礬土基電熔高純尖晶石，具體步驟是將高鋁礬土、焦炭粒、鐵屑按質(zhì)量比100∶8-12∶10-12的配比混合均勻，加入到電弧爐中，在100-150V電壓、2000-2200℃高溫熔融狀態(tài)下埋弧還原，脫除礬土中的二氧化硅、二氧化鈦和雜質(zhì)，使剛玉熔液中Al2O3含量大于98％；保持電弧爐電壓95-115V，按高鋁礬土與輕燒鎂砂質(zhì)量比20-35的比例的逐漸加入上述剛玉熔液，在2200-2400℃高溫熔融狀態(tài)下還原熔煉，使熔液中Al2O3+MgO含量大于97.5％；保持95-115V的電弧爐電壓和2200-2400℃的高溫氧化狀態(tài)，繼續(xù)精練60-100分鐘，冷卻，即得產(chǎn)物。
其中焦炭粒的固定C為80-85％，灰分為10-20％，粒度為1-5mm；鐵屑中Fe含量為75-85％，長(zhǎng)度為10-200mm；輕燒鎂砂由菱鎂礦輕燒制備，其主要成分為MgO 95-96％，CaO 0.5-1.5％，SiO20.5-1.2，粒度為1-5mm。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不局限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例1原料高鋁礬土成分Al2O386.91％，SiO25.23％，TiO24.31％，粒度10mm-30mm；輕燒鎂砂MgO含量95.3％，CaO1.3％，SiO21.0％，粒度為1-5mm；石墨固定C為85％，粒度1-5mm；鐵屑Fe含量為76％，長(zhǎng)度10-200mm。
制備方法將高鋁礬土10噸，石墨0.8噸，鐵屑1.0噸混合均勻，用部分混合料鋪電弧爐爐底，電壓150V起弧。然后分批加入混合料熔煉，3小時(shí)后電壓調(diào)為115V，在約2100℃高溫下還原熔煉，脫除礬土中的二氧化硅、二氧化鈦和雜質(zhì)，使剛玉熔液中Al2O3含量大于98％。通過沾棍觀察此階段的熔煉質(zhì)量情況。
控制電弧爐電壓在100V，電極稍微脫離液面，呈氧化熔煉狀態(tài)，從電極孔處緩慢加入輕燒鎂砂2.1噸，溫度保持在2300℃左右，進(jìn)行還原熔煉，使熔液中Al2O3+MgO含量大于97.5％。
保持100V電壓和2300℃左右溫度，使電極稍微脫離液面，精煉60分鐘，冷卻，即得產(chǎn)物。
X衍射測(cè)定其組成為尖晶石，化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)及物理性能如下

實(shí)施例2原料高鋁礬土灼減后成分Al2O385.52％，SiO25.44％，TiO24.51％，粒度10mm-30mm；輕燒鎂砂MgO含量95.3％，CaO 1.3％，SiO21.0％，粒度為1-5mm；焦炭粒固定C為80％，粒度1-5mm；鐵屑Fe含量為80％，長(zhǎng)度10-200mm。
制備方法將高鋁礬土10噸，焦炭粒0.95噸，鐵屑1.15噸混合均勻。用此混合料鋪爐底，電壓145V起弧。然后分批加入混合料熔煉，3小時(shí)后電壓調(diào)為115V，在約2050℃溫度下還原熔煉，脫除礬土中的二氧化硅、二氧化鈦和雜質(zhì)，使剛玉熔液中Al2O3含量大于98％。通過沾棍觀察此階段的熔煉質(zhì)量情況。
控制電弧爐電壓在110V，電極稍微脫離液面，呈氧化熔煉狀態(tài)，從電極孔處緩慢加入輕燒鎂砂2.5噸，使熔液溫度在2200℃以上，還原熔煉，使熔液中Al2O3+MgO含量為97.5％。
保持電弧爐電壓100V和2200℃以上溫度，使電極稍微脫離液面，精煉70分鐘，冷卻，即得產(chǎn)物。
X衍射測(cè)定其組成為尖晶石?；瘜W(xué)成分(質(zhì)量百分比)及物理性能如下

實(shí)施例3原料高鋁礬土灼減后成分Al2O389.63％，SiO23.91％，TiO24.25％，粒度10mm-30mm；輕燒鎂砂MgO含量95.3％，CaO 1.3％，SiO21.0％，粒度為1-5mm；焦炭粒固定C為80％，粒度1-5mm；鐵屑Fe含量為84％，長(zhǎng)度10-200mm。
制備方法將高鋁礬土10噸，焦炭粒0.9噸，鐵屑1.1噸混合均勻。用此混合料鋪爐底，電壓140V起弧。然后分批加入混合料熔煉，3小時(shí)后電壓調(diào)為110V，在約2200℃高溫下還原熔煉，脫除礬土中的二氧化硅、二氧化鈦和雜質(zhì)，使剛玉熔液中Al2O3含量大于98％。通過沾棍觀察此階段的熔煉質(zhì)量情況。
控制電弧爐電壓在110V，電極稍微脫離液面，呈氧化熔煉狀態(tài)，從電極孔處緩慢加入輕燒鎂砂3.1噸；使熔液溫度在約2350℃，還原熔煉，使熔液中Al2O3+MgO含量為97.5％。
保持電壓100V、溫度約2350℃，使電極稍微脫離液面，精煉80分鐘，冷卻，即得產(chǎn)物。
X衍射測(cè)定其組成為尖晶石，化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)及物理性能如下

權(quán)利要求
1.礬土基電熔高純尖晶石，其主要成分為Al2O365.5-76.5％，MgO 21-32％，SiO2＜1％，其他為雜質(zhì)，主晶相為尖晶石。
2.制備權(quán)利要求1所述礬土基電熔高純尖晶石的方法，以高鋁礬土，輕燒鎂砂、焦炭和鐵屑為原料，采用電熔還原制備工藝，其特征在于a.將高鋁礬土、焦炭粒、鐵屑按質(zhì)量比100∶8-12∶10-12的配比混合均勻，加入到電弧爐中，電壓控制在100-150V，在2000-2200℃高溫熔融狀態(tài)下埋弧還原，脫除礬土中的二氧化硅、二氧化鈦和雜質(zhì)，使剛玉熔液中Al2O3含量大于98％，b.保持電弧爐電壓95-115V，按高鋁礬土與輕燒鎂砂質(zhì)量比20-35的比例逐漸加入上述剛玉熔液，在2200-2400℃高溫熔融狀態(tài)下還原熔煉，使熔液中Al2O3+MgO含量大于97.5％，c.保持95-115V電壓和2200-2400℃的高溫氧化狀態(tài)，精練60-100分鐘，即得產(chǎn)物。
3.依照權(quán)利要求2所述礬土基電熔高純尖晶石的制備方法，其特征在于所用高鋁礬土的主要成分為Al2O385-90％，SiO23-6％，TiO23-5％，粒度為10-30mm。
4.依照權(quán)利要求2所述的礬土基電熔鋯剛玉尖晶石的制備方法，其特征在于所述焦炭粒的固定C為75-85％，粒度為1-5mm。
5.依照權(quán)利要求2所述的礬土基電熔高純尖晶石的制備方法，其特征在于所述鐵屑中Fe含量為75-85％，長(zhǎng)度為10-200mm。
6.依照權(quán)利要求2所述礬土基電熔高純尖晶石的制備方法，其特征在于所述輕燒鎂砂的主要成分為MgO 95-96％，CaO 0.5-1.5％，SiO20.5-1.2％，粒度為1-5mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種礬土基電熔高純尖晶石合成料的方法。該方法以高鋁礬土輕燒料、輕燒鎂砂為主要原料，用焦炭?；蚴丸F屑作輔料，采用還原熔煉，再氧化熔煉和精煉的工藝制備，降低了成本。用本發(fā)明制備的礬土基電熔高純尖晶石具有良好的特性，其化學(xué)成分為Al
文檔編號(hào)C04B35/44GK1772696SQ20051001805
公開日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者鐘香崇, 葛鐵柱, 梁耀華, 葉方保 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)